4. Грузопоршневые манометры

В грузопоршневых манометрах измеряемое давление уравновешивается силой тяжести неуплотненного поршня с грузами. Манометры используются в качестве образцовых средств воспроизведения единицы давления в диапазоне от до 10¹³ Па, а также для точных измерений давления в лабораторной практике.

Схема поршневого манометра, имеющего диапазон измерения 6 МПа (МП-60), представлена на рис. 20. Поршень 1 с тарелкой 2 для грузов -5 перемещается внутри цилиндра 4. Поршневая пара подгоняется таким образом, чтобы зазор между поршнем 1 и цилиндром 4 не превышал 0,01 мм. При таком зазоре даже при высоких давлениях скорость опускания поршня из-за утечки рабочей жидкости не превышает 1 мм/мин. Для обеспечения равномерного зазора между цилиндром и поршнем последний в момент измерения вращают по часовой стрелке. В манометрах с диапазоном измерения 0,6 МПа и выше вращение поршня осуществляется вручную. В манометрах с диапазоном измерения 0,06 и 0,25 МПа вращение поршня производится электрическим двигателем. Внутренняя полость поршневого манометра тщательно заполняется рабочей жидкостью (керосином, касторовым или трансформаторным маслом). Заливка жидкости производится при открытом вентиле 5 через отверстие в дне резервуара 6; поршнем 7 винтового пресса 8 жидкость засасывается внутрь манометра. С помощью пресса 8 в процессе измерения обеспечивается подъем поршня 1 с грузами до высоты, заданной указателем. К стоякам 9 с запорными вентилями 10 подключаются поверяемые манометры. Вентиль11 служит для слива жидкости из поршневого манометра.

Рис. 20. Схема грузопоршневого манометра МП-60

Для получения заданного давления на тарелку 2 с учетом ее массы с поршнем накладываются грузы, создающие определенную силу тяжести. При суммарной массе поршня с грузами Μ создаваемое давление

где —эффективная площадь поршня1, равная сумме площади торца поршня и половины площади зазора; g — ускорение свободного падения.

Учитывая, что калибровка грузов производится для нормального ускорения свободного падения, при измерениях должны вводиться поправки на местное ускорение свободного падения.

Площадь поршня в рассмотренной конструкции манометров составляет 0,5 и 1 см², что обеспечивает отсутствие прогиба поршня под тяжестью грузов. Класс точности манометров 0,02; 0,05. Давление во внутренней полости грузопоршневых манометров может создаваться винтовым прессом 8 без использования грузопоршневой колонки. В этом случае вентилем 12 колонка отключается, а создаваемое давление измеряется образцовым манометром, подключенным к одному из стояков 9.

Для расширения диапазона давлений, измеряемых грузопоршневыми манометрами, используются поршни дифференциальные, разгруженные, косвенного нагружения с мультипликаторами.

Схема дифференциального разгруженного поршня, используемого в манометрах МВП-2,5, представлена на рис. 21. При атмосферном давлении, подаваемом в сосуд 3, поршни 1,2 взаимно уравновешены и с помощью масляного сильфонного пресса 4 установлены в начальном фиксированном положении. При этом

где ,— массы соответствующих поршней с тарелками.

Рис. 21. Схема поршневой системы мановакууметра МВП-2,5

При подаче в сосуд 3 избыточного давления поршень 1 поднимается, а поршень 2 опускается. Для восстановления начального положения на поршень 1 накладываются грузы массой и измеряемое давление рассчитывается. как . Если измеряетсяразряжение , то поршень1 идет вниз, а поршень 2 идет вверх. Для возвращения поршней в исходное положение грузы массой m₂ накладываются на поршень 2, при этом

Низкая погрешность воспроизведена и измерения давления с помощью грузопоршневых манометров определяется в соответствии с (12) высокой точностью задания массы грузов, площади сечения поршня и ускорения свободного падения.